[논문]폐기물 열분해 용융소각로의 용탕 유지를 위한 실험적 연구

김봉근; 박주원; 류태우; 양원; 전금하

폐기물 열분해 용융소각로의 용탕 유지를 위한 실험적 연구
Experimental Study for Keeping a Melting Pool in a Waste Pyrolysis Melting Incinerator 원문보기

김봉근 (한국생산기술연구원 산업설비팀) , 박주원 (한국생산기술연구원 산업설비팀) , 류태우 (한국생산기술연구원 산업설비팀) , 양원 (한국생산기술연구원 산업설비팀) , 전금하 ((주) 동남이엔비)

The large amount of energy is consumed in a process for keeping the high temperature melting pool. For this reason, in addition to the wastes input to keep the high temperature melting pool, it is necessary for an auxiliary fuel and LOx to throw into the melting pool. So in this study, using a new melting furnace system, the experiments to keep the melting pool with minimal energy without throwing an auxiliary fuel and LOx was carried out. Also it is hoped that the results of the experiment will be available to analyze keeping a melting pool and behavior in a melting furnace.

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문제 정의

마지막으로 용융로 벽면 내에 열교환기를 2단으로 설치하여 용 탕으로 투입되는 압축공기의 온도를 상승시킴으로써 용 탕 유지에 필요한 에너지의 효율을 높이고자 하였다. 실제로 식 (2.
하였다. 이에 본 연구는 보조 연료 및 순산소의 투입 없이 최소한의 에너지로 용 탕을 원활하게 유지 할 뿐 아니라, 향후 용탕 유지 및 거동해석에 필요한 기초자료를 얻고자 실험을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
이에 본 연구는 보조 연료 및 순산소의 투입 없이 최소한의 에너지로 용 탕을 원활하게 유지하고자 새로운 용융로 시스템을 도입하여 실험을 수행하였으며, 향후 용탕 유지 및 거동해석에 필요한 기초자료를 얻고자 하였다.
현재 개발단계에 있는 열분해 용융소각로는 기존의 열분해 용융 소각로와는 차별화된 Vanyukove 용법(Slag Melt Bubbling)을 이용한 것으로서 용융로 내부에 공기를 주입하여 용탕 내부의 열 및 물질교환을 증가시켜 용융성능을 개선하고자 하였다[3]. Fig.

가설 설정

1. 풍구로 투입되는 공기를 예열할 경우 원활한 용탕 유지가 기대된다.

제안 방법

둘째로는 풍구 중 하나를 개조하여, 기존의 열분해로를 통해 용탕 위 표면으로 떨어지던 폐기물을 풍구를 통하여 용탕 바닥면으로 투입되도록 하였다. 이는 용탕 내 폐기물의 혼합효과를 증진시킬 것으로 기대하였으며 열분해로를 통해 투입되는 폐기물과는 별도로 개조된 풍구로 분쇄된 폐타이어를 투입하였다.
본 실험에서 원활한 용탕 유지를 위하여 크게 3가지 새로운 방법을 도입하였다. 첫째로는 용융로 외벽면과 내벽 면을 각각 Castable (CT-160, 180)와 Brick(SA40S)으로 축조하는 축열식 공법을 사용하였다.
실험의 목적상 용 탕의 온도 측정은 중요한 용탕 유지의 근거 자료이므로 용 탕의 온도를 측정하는 방식에 있어 기존의 간접 측정 방법인 IRdnfra Red) 온도계를 이용하는 대신 직접 측정을 위해 용탕 중앙과 용탕 내벽에 B-Type 열전대를 각각 삽입하였다.
이는 용탕 내 폐기물의 혼합효과를 증진시킬 것으로 기대하였으며 열분해로를 통해 투입되는 폐기물과는 별도로 개조된 풍구로 분쇄된 폐타이어를 투입하였다.
이는 용융로 내로 투입된 폐기물과 용융 슬래그와의 용탕 폭기에 의한 혼합을 저해하여 순간적으로 용탕 표면의 온도를 200℃~400℃ 가량 떨어뜨리는 요인이 된다. 이러한 영향을 최소화하기 위하여 풍구를 통해 폐기물을 직접 투입함으로써 용탕 폭기에 의한 용융 슬래그와의 혼합을 활발하게 하였으며 각각의 Case를 기준으로 한 폐기물 투입내벽 면 따른 용탕 내벽면 온도변화 결과를 Fig. 7에 나타내었다. 그림에서 보는 시간대1의 LPG로 Case 1의LPG 투입량은 20kg/hr, Case 2의 폐타이어 투입량은 40kg/hr 끝으로 Case 3의 LPG 및 혼합 폐기물 투입량은 각각 20kg/hr, 60kg/hr였다.
새로운 방법을 도입하였다. 첫째로는 용융로 외벽면과 내벽 면을 각각 Castable (CT-160, 180)와 Brick(SA40S)으로 축조하는 축열식 공법을 사용하였다.

대상 데이터

Fig. 1은 본 연구에 사용된 용융로의 개략도로서 약 l-2Bar의 고압, 고속의 연소 공기 가풍 구를 통해 용 탕 내부로 유입됨으로써 고온의 용 탕이 폭기하도록 설계되었다. 그러나 여전히 원활한 용탕 유지를 위해서는 다량의 에너지 투입이 요구되며 이에 따른 보조 연료 및 순산 소의 투입이 불가피 하였다.
본 실험에 사용된 장치는 페기물 처리용량이 200kg/hr급 열분해 용융 소각로로 Fig. 2와 같으며 전체적인 시스템 공정의 개략도는 Fig. 3에 보였다. 기본적인 열분해 용융 공정은 폐기물이 먼저 열분해로 호퍼에 투입되어 유압 실린더에 의해 일정 압력으로 압축된 후 일정거리만큼 열분해실 내로 전진하여 열분해 중인 연속체 폐기물을 푸쉬하면 열분해가 완료된 끝단의 촤가 용융로 내로 떨어지게 설계되었다.
이와 같은 투입 -전진-압축-푸쉬-후진의 단계적인 유압 실린더 운전으로 인해 열분해로를 통한 용융로 내로의 폐기물의 투입은 불연속적이다. 본 실험의 핵심부인 용탕은 원형 실린더형으로 직경은 0.6m이고 높이는 0.9m, 벽면 두께는 Q8m였다.

성능/효과

2. 순산 소와 LPG 투입 없이도 용탕 유지가 가능하였으며 3가지의 실험 조건 내에서 용탕 유지에 필요한 최소한의 에너지는 360McalZHr였다.
3. 용탕 유지에 필요한 충분한 에너지의 공급에도 불구하고 용 탕의 고화가 발생하는 요인은 용융 슬래그의 혼합능력이 저하되어 나타나는 용탕 내벽면의 고화된 슬래그 층의 중앙으로의 성장 때문이다.

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